ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Электрохимический способ производства водорода из "Основы производства водорода" Теоретически для разложения воды при температуре электролита 17°. и атмосферном давлении требуется 1,23 в. Однако в действительности напряжение на вапне составляет, как правило, значительно большую величину. В зависимости от режима работы и конструкции электролизера фактическое напряжение на ванне находится в пределах 1,7—2,6 в, в результате чего практический расход энергии выше теоретического. [c.233] Повышенное напряжение на ванне при электролизе воды имеет место, главным образом, в связи а) с внутренним сопротивлением электрической цепи б) с перенапряжением при выделении водорода на катоде (катодное перенапряжение) в) с перенапряжением при выделении кислорода На аноде (анодное перенапряжение) г), с возникновением электродвижуш,ей си ы поляризации, основанной на изменении концентрации ионов вблизи электродов. [c.233] Основное сопротивление при прохождении тока через электрическую цепь электролизера представляет электролит. [c.233] Известно, что электропроводность электролита зависит от многих параметров, в том числе от его природы, концентрации и температуры. [c.234] С повышением концентрации электропроводность водных растворов NaOH и КОН при данной температуре увеличивается до известного предела, после чего начинает снижаться. На рис. 55 приведена зависимость удельной электропроводности растворов NaOH и КОН при 18° от концентрации. [c.234] Электропроводность растворов NaOH и КОН увеличивается также по мере повышения температуры. При этом в пределах температур, применяемых на практике при электролизе воды. [c.234] Изменение электропроводности с температурой объясняется в основном изменением вязкости раствора. При возрастании температуры вязкость уменьшается и ионы в растворе становятся более подвижными, что приводит к увеличению электропроводности. В табл. 57 и 58 приведены удельные сопротивления водных растворов NaOH и КОН в зависимости от температуры и концентрации. [c.235] В практических условиях температуру электролита поддерживают в пределах 60—80° С (как максимум 85° С). При этом обычно применяются растворы NaOH концентрацией 200— 260 г л (17—21%), а растворы КОН концентрацией 300—400 г л (25-30%). [c.235] При повышении концентрации электролитов сверх указанных значений также наблюдается усиленная коррозия металла электролизера. Кроме того, слишком высокая концентрация электролита действует разрушающе на асбестовые диафрагмы электролизера. [c.236] Применение низких концентраций электролита тоже не может быть рекомендовано. Заниженные концентрации приводят не только к увеличению сопротивления электрическому току, но и к интенсивной коррозии. [c.236] Как это явствует из формулы (Х-13), внутреннее сопротивление ванны тем больше, чем меньше сечение электролита и чем больше расстояние между электродами. При электролизе воды сечение электролита уменьшается за счет выделяющихся в процессе газовых пузырьков. Очевидно, что с увеличением газо-наполнеция (отношения объема, занимаемого газовыми пузырьками, ко всему объему электролита) внутреннее сопротивление ванны повышается. [c.236] Величина газонаполнения находится в зависимости от многих факторов, в том числе от плотности тока, конструкции ванны (расстояние между электродами, циркуляция электролита) и условий электролиза (температура электролита, давление в ванне и др.). [c.236] С понижением плотности тока газонаполнение уменьшается, однако при этом падает производительность ванны. Газонанолпе-ние уменьшается также при увеличении расстояния между электродами, но в этом случае возрастает омическое сопротивление электролита. Газонаиолнение может быть снижено быстрым отводом газов, выделяющихся при электролизе. Это достигается соответствующим конструктивным оформлением электродов (перфорированные или сетчатые электроды), а также интенсивной циркуляцией электролита. Газонаполнение уменьшается также с повышением температуры электролита. Однако, как об этом упоминалось выше, возможность повышения температуры электролита ограничивается усиливающейся при этом коррозией, а также существенным возрастанием упругости паров раствора. [c.236] Наиболее значительным фактором, определяющим повышенное напряжение на ванне при электролизе воды, является пе ренапряжение при выделении газов на электродах. [c.236] Причины перенапряжения достаточно Не ясны, однако не подлежит сомнению, что переНапряжеНие находится в связи с теми физико-химическими процессами, которые имеют место на электродах. Относительно причин перенапряжения при выделении газов на электродах было высказано несколько предположений. [c.236] Многие исследователи считают, что основную роль при водородном перенапряжении играет процесс воссоединения атомарного водорода в молекулярный, протекающий на разных металлах с неодинаковой скоростью ). Эта теория находит подтверждение в том, что при повышении плотности электрического тока вместе с увеличением количества атомарного водорода возрастает и перенапряжение. [c.237] Изгарышев [1 ] приходит к выводу, что на перенапряжение при выделении газов На электродах оказывает влияние гидратация ионов, величина которой определяется не только характером иона и растворителя, но и наличием в электролите других веществ, непосредственно в процессе электролиза не участвующих. По Н. А. Изгарышеву, величина перенапряжения зависит от того, насколько быстро идут процессы дегидратации ионов при разряде их на электродах. [c.237] Хольмбоэ [2] видит причину перенапряжения в том, что на катоде атомарный водород, диффундирующий в кристаллическую структуру металла, вступает с последним в промежуточные соединения, а На анодепод действием выделяющегося кислорода образуются окиси, приводящие к пассивированию электрода. В результате этих превращений гидрированный, катод и окисленный анод представляют собой гальванический элемент, в котором течет слабый ток от катода к аноду. [c.237] Величина перенапряжения зависит также от режима элекро-лиза. При уменьшении плотности тока перенапряжение на электродах снижается. Однако уменьшение плотности тока влечет за собой падение производительности электролизной ванны. В соответствии с этим для каждой конструкции электролизера может быть выявлена оптимальная плотность тока, уменьшение которой, несмотря на снижение при этом напряжения, представляется нецелесообразным. [c.237] Большое значение для величины перенапряжения имеет материал (металл) катода и анода. Перенапряжение при выделении водорода на катоде увеличивается в следующем ряду металлов РЬ — Ра — Ап — Ге — N1 — Сп — С(1 — Зп— РЬ — Hg. [c.237] Вернуться к основной статье